EP2280263A2 - Stützlastmessungsvorrichtung und Nachrüstverfahren für eine Fahrzeug-Anhängevorrichtung - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a support load measuring device for a hitch connectable to a vehicle and a trailer and a method for retrofitting a hitch with such a support load measuring device.
- a vertical load is defined as a force acting on trailers with a small center distance (for example, single-axle car trailers or less than one meter axle spacing, semi-trailer, central axle trailer) on the towing device of the towing vehicle.
- Manufacturers of trailers and towing vehicles prescribe maximum permissible jacking loads.
- the actual vertical load of the trailer must not exceed the maximum permissible vertical load of the towing vehicle.
- supporting loads for passenger car combinations in the range between 50 and 150 kilograms and for agricultural equipment and trucks can amount to a maximum of 2 tons.
- the legislator prescribes according to the StVZO ⁇ 42, 44 for passenger car teams a minimum supporting load of 4% of the empty weight of the trailer.
- total loads for trailers can each be distributed so that a vertical load in the allowable range can be achieved.
- Decisive is the center of gravity, that is, the distance between the center of gravity or load application point of the trailer and wheel contact point, which can be calculated mathematically.
- the axis is usually mounted behind the Schwerpunk.
- the concrete vertical load of a hitch can be determined from the prior art known as so-called support load scales.
- Such support load scales are designed in many cases as spring scales and are used for correct application in the towing jaw of a trailer hitch.
- a widespread measurement by means of a mechanical personal scale and the nose wheel of a trailer results in incorrect measurements of up to 15% due to the lever forces acting on the drawbar.
- the support load measuring device comprises at least one force measuring sensor, which determines the force path between the Trailer support and a supporting reference location for measuring at least the transmitted via the trailer device support load is arranged, wherein the supporting reference location for a decoupled trailer the earth's surface, with coupled trailer represents a bearing surface of the towing vehicle.
- the support load measuring device according to the invention comprises an evaluation electronics unit in electrical contact with the force measuring sensor for evaluating a supporting load measured value, whereby sensor signals of the force measuring sensor can be electrically evaluated.
- the support load measuring device further comprises a display unit for electrical, digital or analog display of the support load, in particular for displaying a non-hazardous or critical support load area and a power supply unit for supplying the evaluation electronics unit with electrical energy.
- the support load measuring device is encapsulated in a weatherproof sensor housing, which comprises at least the force measuring sensor, the evaluation electronics unit and the power supply unit.
- the invention relates to a support load measuring device, in which directly on the trailer device in the force path between the trailer device and reference location (earth surface or support point on towing vehicle) a bearing force can be measured, which can be evaluated by an evaluation and sent to an electronic display unit, wherein the electrical components are supplied with power by a power supply unit and at least the force measuring sensor, the evaluation electronics unit and the power supply unit are encapsulated in a weatherproof sensor housing. It is basically arbitrary whether the support load measuring device is running on towing vehicle, the towed trailer or as a separate device, the temporary is coupled to the hitch.
- the force-measuring sensor must at least be designed so as to be able to measure a vertically downward force starting from the trailer device to a reference point located vertically below it. It is also conceivable to use a force measuring sensor or a plurality of force measuring sensors, which can measure horizontal or torsional forces in addition to the vertical force in order to be able to detect in particular horizontal bending stresses or torsional forces (torsional forces) of the trailer device.
- the force measuring sensor comprises a piezoresistive measuring cell, a capacitive measuring cell, an inductive measuring cell or a strain gauge.
- a piezoresistive measuring cell a capacitive measuring cell
- an inductive measuring cell a strain gauge.
- Each of the aforementioned sensor embodiments allows the exact measurement of a force between the trailer device and a reference location, wherein this measurement can be done in particular indirectly, for example via a component deformation of parts of the hitch.
- the use of a strain gauge by direct application to a towing hook of a vehicle or a trailer drawbar of a trailer, for example to a towbar of a caravan or a transport trailer converts the towing hook or drawbar to a support load sensor.
- a sensor that consists of drawbar or trailer is formed.
- one or more electrical measuring sensors it is particularly appropriate to connect two measuring sensors, in particular two strain gauges, as a bridge circuit, wherein a measuring sensor is applied on the upper side and one on the underside of a trailer device for measuring the deflection and / or torsion can be.
- the interconnection of two or four sensors in a bridge circuit increases the accuracy and sensitivity of the sensor, especially with opposing stress forces acting on the sensors.
- the deformation by the vertical load and / or the torsional force with high sensitivity can record.
- the resulting deformations can be detected and amplified in an electronics connected to the sensor.
- the amplified signals can then be transmitted to a display of a display unit and displayed in a readable manner.
- the evaluation electronics unit for a compact with sensor and power supply unit in a sensor housing, as well as to install or install the evaluation electronics unit in the towing vehicle.
- the force measuring sensor designed as a strain gauge is designed as foil, thick film, metal thin film, semiconductor thin film strain gauges, in particular silicon thin film strain gauges or as semiconductor diffusion resistance.
- a suitable strain gage for immediate application to the hitch can be selected, depending on the hitch design and application location.
- At least two force measuring sensors are included in the device, which may be the same or different, and in particular in a bridge circuit can be interconnected for the evaluation of the vertical load.
- a bridge circuit can be interconnected for the evaluation of the vertical load.
- one or more force measuring sensors in particular a plurality of metal foil strain gauges can be applied as force measuring sensors by means of a suitable adhesive or by thin-film technology or by thermal application or sputtering to trailer-load-deformable parts of the trailer device, in particular ball head carrier, trailer hook or drawbar handle, wherein the force measuring sensors from the sensor housing are encapsulated.
- metal foil strain gauges can be directly applied by gluing or by thin film technique, or by thermal vapor deposition or sputtering, directly onto deformable parts of the trailer load suspension fixture, which directly precipitates as deformation of the trailer device part Sensors are encapsulated in this case by a sensor housing to protect it from environmental influences.
- a part of the trailer device is used directly as a measuring device in order to determine the power flow between trailer device and vehicle, or trailer device and ground surface.
- the force measuring sensor additionally or at least one second force measuring sensor can explicitly measure a further force component, in particular a torsional force component or a horizontal force component.
- a further force component in particular a torsional force component or a horizontal force component.
- the evaluation electronics unit comprises amplifier and evaluation electronics which both amplify the electrical sensor signal and also perform an evaluation with respect to the support load value, in particular at least one or more critical support load areas.
- the evaluation electronic unit can make an amplification of the sensor signals, for example, to forward them to a remote motor vehicle electronics unit, such as brake unit or ESP unit, as well as to evaluate the sensor signals to make them displayable on a display unit and to monitor for the exceeding of critical values, for example, to issue a warning signal when too high or too low a vertical load occurs.
- the evaluation electronics unit and / or the display unit to comprise an optical and / or acoustic warning transmitter for outputting a warning signal when at least one critical supporting load value is exceeded.
- a critical support load in particular a too high or too low a vertical load
- optically as well as acoustically a warning signal to interrupt the loading or unloading or in the case of a running the To reduce speed and to bring about a safe driving condition.
- the evaluation electronics unit is electrically connected to at least one first display unit, in particular to a display unit arranged in the sensor housing, in the cockpit area of a towing vehicle or in the loading space of a towed trailer for indicating the supporting load value.
- the evaluation electronics unit can be electrically connected, ie by means of a conductive cable connection to a first display unit which is either integrated directly in the sensor housing or in the area of the towing vehicle, in particular in the cockpit area or in the loading area of the towed trailer, for example in FIG the front wall of a trailer, be attached to permanently display the support load in the loading process, or while the car is running or to display the currently acting support load when coupling the trailer to the towing vehicle.
- the evaluation electronics unit comprises an air interface, so that they wirelessly with a second display unit, in particular with a portable display unit, by radio, in particular Bluetooth, WLAN, ISM radio, infrared, ultrasound or comparable wireless connections connected to the display of the supporting load value.
- radio in particular Bluetooth, WLAN, ISM radio, infrared, ultrasound or comparable wireless connections connected to the display of the supporting load value.
- the wireless interface in particular to the use of a standardized industrial protocol such as Bluetooth, that is often used in mobile phones or portable navigation systems, Wi-Fi, which has a longer range, or other industrial ISM radio communication based (ISM radio is an Industrial, S cientific and M edical band radio, the radio-frequency equipment industry, academia or medicine is used in the domestic or similar field and are provided for example for garage door opener, frequency ranges are used especially in the 433 MHz or 2.4 GHz band).
- ISM radio is an Industrial, S cientific and M edical band radio, the radio-frequency equipment industry, academia or medicine is used in the domestic or similar field and are provided for example for garage door opener, frequency ranges are used especially in the 433 MHz or 2.4 GHz band.
- air interfaces that are not radio-bound but optically or acoustically transmitting, such as infrared or ultrasound, for the transmission of information between the evaluation electronics unit and a portable display unit.
- a portable display unit By means of a portable display unit, it is easily possible, in particular in the loading case, within a trailer within a trailer to distribute its weight so that a critical support load area can be canceled, the current support load is always mobile readable.
- a connection can be created in the cockpit area of a vehicle in order to make the support load or torsional or other stresses on the trailer hitch continuously visible to the driver while driving.
- specially tailored software in a mobile telephone or a navigation system which have a Bluetooth or WLAN interface, be used to make the signals emitted by the sensor mobile visible, so that the mobile display unit by a mobile phone or a navigation system is provided by calling appropriate software.
- the display unit with at least one further measuring device for determining the wheel load on at least one wheel of a trailer wireless or be connected by wire.
- the display unit can display a wheel load, in particular the total load, preferably graphically by means of a load distribution diagram.
- a portable display unit with a support load sensor and wheel load scales placed under all wheels of a trailer may be connected by a radio or cable connection to indicate the wheel load of the wheels in addition to the trailer's tow load, with a totals representation of the trailer's total load as an important criterion of the permissible state of charge of the trailer.
- a graphical representation of the load distribution on the individual support points ie the wheel positions and the trailer support information about the charge distribution within the trailer, so that the maximum load can be maintained and an optimal load distribution can be achieved.
- wheel load scales arranged within the trailer wheel load measuring devices can be used, these can also be connected, for example by means of a cable connection with the support load sensor.
- the evaluation electronics unit comprises an interface to a vehicle data bus, in particular to a CAN bus (Controller Area Network - an asynchronous, serial bus system, in particular for vehicles) to support load measurement data to a vehicle electronics, in particular for influencing a stability or drive control system How to pass ESP, ASR or similar.
- a vehicle data bus in particular to a CAN bus (Controller Area Network - an asynchronous, serial bus system, in particular for vehicles) to support load measurement data to a vehicle electronics, in particular for influencing a stability or drive control system How to pass ESP, ASR or similar.
- ESP Electronic Stability Program also known as Electronic Stability Control for vehicles
- ASR Anti-Slip Regulation
- other driver assistance systems can specifically influence the vehicle dynamics, taking into account occurring vertical loads, but also torsional or horizontal vibration forces, in order to ensure a safe driving behavior of a vehicle combination.
- the evaluation electronic unit directly couples the data of the sensor into the vehicle electronics via a vehicle electronics interface.
- the evaluation electronics unit is electrically and / or wirelessly connected to controls for controlling operation, in particular for switching a display display on a display unit.
- the evaluation electronics unit is electrically and / or wirelessly connected to controls for controlling operation, in particular for switching a display display on a display unit.
- the evaluation electronics unit can thus be used, for example, to switch between different languages, different weight or force unit systems and other settings such as self-tests, calibration or adjustment of lead values to correct leverage, for example on the jockey wheel, so that interaction between the sensor device and the user is not limited to Ways of viewing, but also by way of operation by the user can be enabled.
- a reserve value does not determine a lever travel directly at the clutch but at a certain distance and describes the lever travel forced by the lifting action of a trailer load. For an accurate measurement, this lever travel and the corresponding deformation must be adjustable or calibratable.
- the power supply for the support load measuring device can be designed as desired.
- the power supply unit is a male coupling adapter for interposing between a vehicle electrical outlet and a trailer plug to receive electrical power from the vehicle and / or the trailer.
- the power supply unit may comprise a DC power source, in particular a battery or rechargeable battery and / or a solar cell.
- a DC source and / or a solar cell included in the power supply unit operation of the support load measuring device can be ensured independently of the presence of a vehicle, in particular independently of its electrical supply system.
- a long-lasting electrical supply of the support load measuring device can be ensured without additional costs and maintenance, so that maintenance and operating costs keep the support load measuring device low.
- the retrofitting method according to the invention it is possible to retrofit existing hitch devices or to equip hitches in production with a vertical load measuring device.
- a vertical load measuring device In this case, only small or no structural changes to the existing hitch are necessary, only the direct measuring force measuring sensors are directly to force-bearing parts of the hitch, which can deform under a vertical load, arranged, and a weatherproof sensor housing is used to encapsulate force measuring sensors and the evaluation electronics unit on the Hitch arranged.
- the retrofitting method according to the invention proposes a simple and cost-effective, as well as to be carried out without special aids retrofitting already existing hitches, be it tow hook, ball hitch, drawbar claw jib hitch or other trailer devices by means of a support load measuring device according to the invention.
- FIG. 1 is a three-dimensional perspective view of a coupling frame 04 of a vehicle, which usually hides behind a bumper cover, with a trailer hitch 03, which includes a ball head 21 shown.
- the transmitted from the trailer hitch 03 on the coupling frame 04 support load must be within a prescribed range.
- the risk of commuting of the towing vehicle is considerably greater, since a towed vehicle is loaded in this case, rear-heavy. Since the rear axle of the tractor is thereby relieved, and thus the traction of the rear tires of the towing vehicle can be reduced, there is an increased risk of accidents.
- the trailer hitch 03 overloaded or the coupling frame 04 can be bent or break. Furthermore, in this case, the front axle of the towing vehicle is unduly relieved, causing the towing vehicle can break when cornering on the front axle. For these reasons, the vertical load must be checked before the start of the journey and advantageously also while driving. Furthermore, it is advantageously possible that the driving behavior the traction vehicle or the Nachzieh of the trailer by receiving support and torsional forces and other forces on the towing hook or trailer drawbar can be determined, evaluated and used for example to regulate the driving and braking behavior of the towing vehicle and the trailer.
- the trailer coupling 03 is detachably attachable to a coupling frame 04, and includes both a ball head 21, as well as for detachable locking on the coupling frame 04 a locking element 17.
- the support load sensor 01 is disposed in a weatherproof and impact-resistant sensor housing 01, said housing, as in Fig. 2c illustrated, further comprising a housing-side display unit 11.
- a supply cable (not shown) can be passed through a cable gland 25, for example, to obtain electrical energy to operate the sensor device 03 from the connector coupling connection between vehicle socket and trailer hitch.
- an electrical signal and information cable can also be routed through the cable feedthrough 25 by means of a suitable plug connection data on the instantaneous support load and, for example, torsion and horizontal deflection forces in the vehicle electronics of the towing vehicle and / or in the on-board electronics of the trailer, in particular for influencing the braking and driving behavior of the train, can pass.
- Fig. 3 represents a section AA through the perspective of Fig. 2c and represents the interior of the first embodiment of a support load measuring device 01.
- the support load measuring device 01 comprises an evaluation electronic unit 07, to which by means of one or more sensor connecting cable 27, in this Fall four strain gauges, as force sensors 05 are connected.
- the measurement data of the force measuring sensors 05 which are respectively arranged in the upper, lower and lateral regions of the trailer coupling 03, are transmitted to the evaluation electronics unit 07 by means of the sensor connection cable 27.
- the evaluation electronics unit 07 amplifies the sensor signals and evaluates them to be displayed on a housing-side display unit 1 1, as in Fig. 2c represented, represented and transmitted by means of an air interface connection via a radio signal 19 to a portable display unit 13, not shown.
- This portable display unit 13 can be carried around both in the hands of a user and, for example, by using Bluetooth or WLAN or similar standardized data transmission protocols, for example to a navigation system that is Bluetooth capable or a mobile phone that is WLAN-capable, transmitted by suitable software a representation of the measurement data of the support load measuring device 01 can communicate to the user mobile.
- a display unit can be permanently mounted inside the vehicle and / or inside the trailer, or vehicle electronics or trailer electronics with an air interface record the sensor data in order to display them in a display unit arranged in the vehicle or trailer, or to influence the brake system. and drive behavior in the on-board electronics feed.
- Fig. 4 schematically illustrates a top view of a portable display unit 13, which includes both a display that displays the current support load, as well as two controls 15 includes to perform a calibration of the support load measuring device 01 by means of the controls 15, or switching the display display, for example in different languages or different weight units, as well as different display options.
- Fig. 5 represents both a top view and a section AA by a drawbar frame 35 of a trailer drawbar, which comprises a ball socket 31 and a brake lever 33 and an unspecified locking lever for detaching the ball socket 31 from a ball head 21.
- the ball socket 31 is connected by means of two drawbar spars 36 to a transverse leg of the drawbar frame 35.
- a second embodiment of a Stauerlastmesssensorvorraum 37 is arranged in order to measure the transferred over the drawbar handle 36 Stützlast- and torsional forces.
- the support load measuring device 37 is arranged so that it is directed towards the interior of the triangle formed by the two drawbar spars and the transverse spar in order to be protected from weathering and driving influences.
- Fig. 6 is a cross section BB that is in Fig. 5a is shown by the second embodiment of a support load measuring device 37 shown.
- the support load measuring device 37 comprises on the one hand a sensor housing 41 which encapsulates the evaluation electronics unit and other components of the support load measuring device 37 weatherproof, wherein in the sensor housing 41 an evaluation electronics unit 43 is included, and a housing-side display unit 47 and a cable gland 45 are exposed to the outside.
- the evaluation electronics unit 43 is connected by means of two sensor connection lines 49 to two force measuring sensors 39, which are arranged on the inner top and bottom of the drawbar 36.
- the force measuring sensors 39 in particular detect deflections downwards or upwards in order to be able to detect the vertical load by vertical deformation of the drawbar 36.
- a third embodiment of a support load measuring device 51 which is not fixed to a towing device, but removably removable for measuring the contact forces of a trailer hitch with ball socket 31 serves.
- the support load measuring device 51 takes over the task of the trailer hitch and is supported on the ground. It is used to attach the trailer to a trailer hitch before attaching the trailer to be towed in advance for free-standing trailer and is suitable for loaded trailers without risk of damage to a trailer hitch already determine whether the allowable vertical load of the hitch is met.
- the support load measuring device 51 comprises a ball head 59 and a standpipe 53, which connects the ball head 59 with a stand 55 which is placed on a road surface.
- a force measuring sensor 57 is shown, which is designed as a load cell, and which is connected by means not shown connecting lines with a Ausreteelektronikatti 63, which is located inside a weatherproof sensor housing 61 of the support load measuring device 51.
- a housing-side display unit 65 and again a cable gland 69 is further arranged, through which both a power supply, as well as the tapping of data by means of a data connection cable can be performed.
- the attachable tow bar load measuring device 51 can be used to check a trailer before adhering to a towing vehicle for compliance with a prescribed vertical load, and to effect, if necessary, a reloading of the trailer. This has the advantage that not only in the coupled state in the case of excessive loading damage to a trailer hitch of a tractor must occur, but even before coupling a measurement of the vertical load can be made without a coupled vehicle.
- FIG. 8 schematically a train combination comprising a towing vehicle 71 and a trailer 73, between which on a trailer hitch 03, a support load measuring device 75 is arranged.
- the support load measuring device 75 is connected by means of a radio air interface 19 with a portable display unit 77, which holds the user in the hand to immediately recognize during the loading process, whether a critical vertical load exceeded or the support load is still within an acceptable range, in the safe the train combination 71, 73 can be moved.
- FIG. 9 shows a side view ( Fig. 9a ) and a sectional view AA ( Fig. 9b ) through the side view of Fig. 9a
- a fourth embodiment 78 of a support load measuring device according to the invention a force measuring sensor 87 in the power flow of a support wheel 83 of a trailer drawbar of a trailer to be pulled (not shown) is arranged.
- the jockey wheel assembly comprises a jockey wheel 83, which is connected to a jockey wheel crank 85 via a variable-length standpipe 81. By rotating the Stützradkurbel 85, the support wheel 83 can be raised or lowered by means of a threaded spindle 97.
- the support wheel 83 serves to support a trailer drawbar, if the trailer is not connected to a towing vehicle.
- a freestanding trailer can be determined by measuring the supporting force, which is derived via the Stützradanowski to the ground, the load before coupling a towing vehicle.
- one or more force measuring sensors 85 are arranged in a force flow path between the inner and outer standpipe 81, in particular in the head region of the support wheel arrangement.
- the force measuring sensor 87 is connected to an evaluation electronics unit 89 encapsulated in a weatherproof sensor housing 93. This determines from the sensor measurement data the occurring vertical load, which is displayed on a housing-side display unit 91.
- a membrane keypad disposed on the outer surface of the sensor housing 93 serves as a control member 91 to turn on and off the support load measuring device 79, perform calibration, and make other adjustments.
- An overload condition can be visually displayed.
- Fig. 10 an embodiment of a support load device 51 in the form of a standpipe which supports a ball socket 31 of a trailer 99.
- a trailer 99 which comprises a coupling frame 04, on which the ball socket 31 together with the brake lever 33 of the trailer hitch is arranged, and two wheels 101 has.
- the support load measuring device 51 comprises, in addition to a housing-side display unit, a portable display unit 105, which receives by means of a radio link 107 Stützlastmess flowers and displays on a display.
- measurement data of one or more wheel load scales 103 which are arranged under one or all wheels of the trailer 99, can be displayed in addition to the vertical load.
- the respective evaluation electronic units of the wheel load scales 103 are likewise connected to the portable display unit 105 via one or more radio links 107.
- a connection of wheel load scales 103 and support load measuring device 51 with a cable connection is conceivable, so that only one radio link 107 is required.
- the total load of the trailer 99 in sum of all wheel loads measured by the wheel load scales 103 on all wheels 101 and the drawbar support load determined by the support load measuring device 51 in a total load display 109 being represented.
- the distribution of the total load on the support points, ie on the individual wheels and the trailer hitch can also be represented by means of a graphical or numerical representation, wherein such a load distribution diagram 111 before driving a statement on the observance of a maximum permissible total load and the distribution of the load So that, for example, by optimized load distribution, the allowable vertical load of each support point observed and optimal loading of the trailer can be achieved.
- a single wheel 101 with an underlaid wheel load scale 103 wherein the wheel load balance 103 can transmit the data of the wheel load via a radio link 107 to a portable display unit 105.
- the wheel load can be detected by wheel load measuring devices integrated in the trailer 99, for example strain gauges on the wheel suspensions and one or more evaluation electronic units, and transmitted wirelessly or by wire to the support load measuring device.
- the wheel load scale 103 comprises a surface housing as a transfer bridge 115, on which a wheel of a trailer or a vehicle can move up and down.
- the scale surface 113 may be roughened or corrugated to improve the grip between the wheel and balance 103.
- the wheel load balance 103 comprises a wheel load evaluation and display unit 117, which may include a pressure sensor and an evaluation electronics together with the display unit 127 and control element 121.
- the wheel load balance 103 may comprise a volume of incompressible hydraulic fluid or a compressible gas volume, wherein a pressure sensor on a hydraulic 125 or gas diaphragm measure occurring wheel load pressure on the scale surface 113 indirectly by pressure measurement of the hydraulic fluid or the gas volume, evaluate by means of evaluation and the display unit 127th can show.
- the one or more controls 121 and the display unit 127 allow a local display and switching and calibration of the wheel load scales 103.
- the wheel load can be transmitted by means of a radio link 107 or wired by means of a Meßharmstechnisch 121 to a portable display unit 105, so that together with the support load measuring device Overall measurement of trailer load is possible, with a non-uniform load distribution can be detected and corrected.
- the individual wheel load scales can first transmit the measurement results to the support load measuring device or directly to the display unit, wherein the measurement results of the wheel load scales and the support load measuring device can be added to determine the total weight.
- the total weight measurement of eg a motorhome or caravan is possible.
- a towing device can be applied, for example, with two strain gauges as a bridge circuit, one on the top and one on the bottom and / or on the left and right side surfaces of the trailer device for measuring bending and / or torsion.
- strain gauges can be applied on the top and bottom side, and in the case of torsion measurement on the side surfaces.
- strain gauges with a herringbone structure are to be preferred, in particular for torsion determination, which can determine both longitudinal and transversal length changes.
- the arrangement of four strain gauges on the top, bottom and the two side surfaces allows a combined torsion and deflection measurement.
- strain gauge Since the strain gauge is applied directly to the towing hook, its suspension (mounting frame) or on the drawbar of a trailer, from the towing hook (or mounting frame) or the drawbar of the trailer is a sensor that absorbs the deformation by the vertical load and / or the torsional force , The resulting deformations are detected and amplified in a device connected to the strain gauge electronics. The amplified signals are then transmitted to a cockpit and displayed readable. The transmission can either be transmitted via a cable to the cockpit or to the vehicle electronics (ESP) or the transmission can be transmitted by radio to a display that you can hold in your hand and read at any time during loading.
- the electronics can be mounted in a housing directly on the towing hook or on the drawbar as well as in the vehicle attached, or installed.
- the driving or braking behavior of the trailer and the towing vehicle can be regulated or improved by means of the recorded measured values from the sensor of the towing hook or the trailer drawbar by evaluation and correction (by means of software) of the ESP or other controls
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Stützlastmessungsvorrichtung für eine ein Fahrzeug und einen Anhänger verbindbare Anhängevorrichtung und ein Verfahren zur Nachrüstung einer Anhängevorrichtung mit einer solchen Stützlastmessungsvorrichtung.
- Als Stützlast ist eine Kraft definiert, die bei Anhängern mit geringem Achsabstand (zum Beispiel einachsige Pkw-Anhänger oder einem Achsenabstand unter einem Meter, Sattelzugauflieger, Zentralachsenanhänger) auf die Anhängervorrichtung des Zugfahrzeugs wirkt. Hersteller von Anhängern und Zugfahrzeugen schreiben maximal zulässige Stützlasten vor. Die tatsächliche Stützlast des Anhängers darf die maximal zulässige Stützlast des Zugfahrzeugs nicht überschreiten. In der Regel können Stützlasten bei PKW-Gespannen im Bereich zwischen 50 bis 150 Kilogramm und bei landwirtschaftlichen Geräten, und LKWs maximal 2 Tonnen betragen.
- Der Gesetzgeber schreibt nach der StVZO §§ 42, 44 für PKW-Gespanne eine Mindeststützlast von 4% des Leergewichts des Anhängers vor. Hierzu können Gesamtlasten bei Anhängern jeweils so verteilt werden, dass eine Stützlast im zulässigen Bereich erreicht werden kann. Maßgeblich ist das Schwerpunktvormaß, das heißt, der Abstand zwischen Schwerpunkt beziehungsweise Lastangriffspunkt des Anhängers und Radaufstandspunkt, der sich mathematisch berechnen lässt. Um im Falle eines leeren Anhängers eine ausreichende Stützlast zu erreichen, wird deren Achse in der Regel hinter dessen Schwerpunk angebracht.
- Bei Stützlasten sind zwei Extremfälle zu unterscheiden: Im Falle einer zu hohen Stützlast kann es beim Zugfahrzeug zu einer übergroßen Belastung der Hinterachsen, einer unzulässigen Entlastung der Vorderachsen und zu einer übermäßigen Beanspruchung der Anhängevorrichtung und der Montagepunkte führen. Des Weiteren kann eine zu hohe Stützlast beim Anhänger zu einer unzulässigen Belastung der Kugelkupplung oder zu einer unzulässigen Belastung der Deichsel führen, wobei Bruchgefahr herrscht. Auf der anderen Seite kann eine zu geringe Stützlast beim Zugfahrzeug zu einer gefährlichen Entlastung der Hinterachse führen, da die Hinterachse zumeist auch die Antriebsachse darstellt, und zu einer erhöhten Belastung der Vorderachse führen. Parallel hierzu führt eine zu geringe Stützlast beim Anhänger zu einer übergroßen Belastung der hinteren Achse des Anhängers und zu einer übermäßigen Zugbelastung der Kugelkupplung und der Deichsel, wobei wiederum Bruchgefahr aufgrund einer zu hohen Zugbeanspruchung herrscht. In der Regel sind höchstzulässige Stützlastgewichte auf jeder Anhängerkupplung aufgedruckt oder eingeprägt.
- Die konkrete Stützlast einer Anhängevorrichtung lässt sich aus dem Stand der Technik bekannt durch so genannte Stützlastwaagen bestimmen. Solche Stützlastwaagen sind in vielen Fällen als Federwaagen ausgeführt und werden zur richtigen Anwendung im Zugmaul einer Anhängerkupplung angesetzt. Eine weit verbreitete Messung mittels einer mechanischen Personenwaage und dem Bugrad eines Anhängers führt aufgrund der von der Deichsel wirkenden Hebelkräfte jedoch zu Fehlmessungen bis zu 15%.
- Aus dem Stand der Technik sind neben mechanischen Stützlastwaagen auch elektronische Stützlastwaagen bekannt, so beispielsweise aus der
DE10 2004 058 829 A1 , in der eine Vorrichtung zur Messung von Stützkräften an Anhängern bzw. Zugfahrzeugen und/oder von Gespannen hervorgeht, bei den Zug- und/oder Druckkräfte und/oder Torsionskräfte sowie Drehmomente an Anhängerkupplungen bzw. Anhängerdeichseln, an der Kupplung oder den Achsen des ziehenden Fahrzeugs und/oder des Anhängers zur Kontrolle der zusätzlichen Lasten entweder mechanisch, elektrisch, elektronisch, pneumatisch, hydraulisch oder optisch aufgenommen werden können. Jedoch bleibt aus dieser Druckschrift offen, wie ein solcher Sensor realisiert werden kann, oder wie ein Fachmann insbesondere eine bereits vorhandene Anhängervorrichtung derart umgestalten kann, um die Stützlast exakt anzuzeigen. - Ausgehend von dem oben genannten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine Stützlastmessungsvorrichtung vorzuschlagen, die auf exakte Weise kompakt an der Anhängervorrichtung angebaut ist und zuverlässig die Stützlast auf elektronischem Wege ermitteln kann. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, eine Verfahren vorzuschlagen, mit dem bereits vorhandene Anhängervorrichtungen zur Bestimmung einer Stützlast umgerüstet werden können. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine permanente Überwachung der Stützlast zu ermöglichen, wobei diese insbesondere im gekuppelten Zustand zwischen Fahrzeug und Anhänger während eines Beladevorgangs oder während der Fahrt bestimmt werden kann.
- Gelöst werden die oben genannten Aufgaben durch eine Stützlastmessungsvorrichtung nach Anspruch 1 und ein Nachrüstverfahren nach Anspruch 15. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
- Erfindungsgemäß umfasst die Stützlastmessungsvorrichtung mindestens einen Kraftmesssensor, der den Kraftweg zwischen der Anhängervorrichtung und einem gegenstützenden Bezugsort zur Messung zumindest der über die Anhängervorrichtung übertragene Stützlast angeordnet ist, wobei der gegenstützende Bezugsort zum einem bei abgekoppeltem Anhänger die Erdoberfläche, bei gekoppeltem Anhänger eine Auflagefläche des ziehenden Fahrzeugs darstellt. Des Weiteren umfasst die Stützlastmessungsvorrichtung erfindungsgemäß eine Auswerteelektronikeinheit in elektrischem Kontakt zu dem Kraftmesssensor zur Auswertung eines Stützlastmesswertes, wodurch Sensorsignale des Kraftmesssensor elektrisch ausgewertet werden können. Die Stützlastmessungsvorrichtung umfasst weiterhin eine Anzeigeneinheit zur elektrischen, digitalen oder analogen Anzeige der Stützlast, insbesondere zur Anzeige eines ungefährlichen bzw. kritischen Stützlastbereichs und eine Stromversorgungseinheit zur Versorgung der Auswerteelektronikeinheit mit elektrischer Energie. Schließlich ist die Stützlastmessungsvorrichtung in einem wetterfest ausgeführten Sensorgehäuse gekapselt, dass zumindest den Kraftmesssensor, die Auswerteelektronikeinheit und die Stromversorgungseinheit umfasst.
- Mit anderen Worten betrifft die Erfindung eine Stützlastmessungsvorrichtung, bei der unmittelbar an der Anhängervorrichtung im Kraftweg zwischen Anhängervorrichtung und Bezugsort (Erdoberfläche oder Auflagepunkt am ziehenden Fahrzeug) eine Auflagekraft gemessen werden kann, die von einer Auswerteelektronikeinheit ausgewertet und an eine elektronische Anzeigeneinheit weitergeleitet werden kann, wobei die elektrischen Komponenten durch eine Stromversorgungseinheit mit Strom versorgt werden und zumindest Kraftmesssensor, Auswerteelektronikeinheit und Stromversorgungseinheit in einem wetterfest ausgeführten Sensorgehäuse gekapselt sind. Dabei ist es grundsätzlich beliebig, ob die Stützlastmessungsvorrichtung am ziehenden Fahrzeug, am gezogenen Anhänger oder als separate Vorrichtung ausgeführt ist, die temporär an der Anhängevorrichtung angekoppelt wird. Der Kraftmesssensor muss erfindungsgemäß zumindest soweit ausgelegt sein, um eine vertikal nach unten gerichtete Kraft ausgehend von der Anhängervorrichtung zu einem vertikal darunter liegenden Bezugsort messen zu können. Denkbar ist auch die Anwendung eines Kraftmesssensors oder mehrerer Kraftmesssensoren, die neben der Vertikalkraft Horizontal- oder Torsionskräfte messen können, um insbesondere horizontale Biegebeanspruchungen oder Verdrehungsbeanspruchungen (Torsionskräfte) der Anhängervorrichtung erfassen zu können.
- Nach einem ausgezeichneten Ausführungsbeispiel umfasst der Kraftmesssensor eine piezoresistive Messzelle, eine kapazitive Messzelle, eine induktive Messzelle oder einen Dehnungsmessstreifen. Jede der vorgenannten Sensorausführungen ermöglicht die exakte Messung einer Kraft zwischen der Anhängervorrichtung und einem Bezugsort, wobei diese Messung insbesondere indirekt beispielsweise über eine Bauteilverformung von Teilen der Anhängevorrichtung erfolgen kann. Insbesondere die Anwendung eines Dehnungsmessstreifens durch unmittelbare Applikation an einem Zughaken eines Fahrzeug oder einer Anhängerdeichsel eines Anhängers, zum Beispiel an einen Zugholm eines Wohnwagen oder eines Transportanhängers, wandelt den Zughaken oder die Zugdeichsel zu einem Stützlastsensor um. Bei der Anbringung eines oder mehrerer Dehnungsmessstreifen direkt am Zughaken oder an der Zugdeichsel wird somit unmittelbar ein Sensor, der aus Deichsel oder Anhänger besteht, ausgebildet. Bei Anwendung einer oder mehrerer elektrischer Messsensoren bietet es sich insbesondere an, zwei Messsensoren, insbesondere zwei Dehnungsmessstreifen als Brückenschaltung zu verschalten, wobei ein Messsensor auf der Oberseite und einer auf der Unterseite einer Anhängervorrichtung zur Messung der Durchbiegung und/oder Torsion appliziert werden kann. Die Verschaltung von zwei oder von vier Sensoren in einer Brückenschaltung erhöht die Genauigkeit und Sensitivität des Sensors, insbesondere bei gegenläufigen Beanspruchungskräften, die auf die Sensoren wirken. Wird der Sensor direkt am Zughaken, dessen Aufhängung (Montagerahmen) oder auch an der Zugdeichsel eines Anhängers appliziert, wird aus dem Zughaken oder dem Montagerahmen oder der Zugdeichsel des Anhängers ein Sensor, der die Verformung durch die Stützlast und/oder die Torsionskraft mit hoher Sensitivität aufnehmen kann. Die dadurch entstehenden Verformungen können in einer an dem Sensor angeschlossenen Elektronik erfasst und verstärkt werden. Die verstärkten Signale können anschließend auf ein Display einer Anzeigeeinheit übertragen und ablesbar angezeigt werden. Hierzu ist es denkbar, die Auswerteelektronikeinheit zum einen kompakt mit Sensor und Stromversorgungseinheit in einem Sensorgehäuse unterzubringen, als auch die Auswerteelektronikeinheit im Zugfahrzeug anzubringen, beziehungsweise einzubauen.
- Nach einem weiteren ausgezeichneten Ausführungsbeispiel ist der als Dehnungsmessstreifen ausgeführte Kraftmesssensor als Folien -, Dickschicht-, Metalldünnschicht-, Halbleiterdünnschicht-Dehnungsmessstreifen, insbesondere Siliziumdünnschicht-Dehnungsmessstreifen oder als Halbleiter-Diffusionswiderstand ausgeführt. Durch die Verwendung eines oder mehrerer Arten von Dehnungsmessstreifen kann abhängig von der Ausführung der Anhängevorrichtung und dem Aufbringungsort ein geeigneter Dehnungsmessstreifen zum unmittelbaren Applizieren auf der Anhängervorrichtung ausgewählt werden.
- Nach einem besonderen Ausführungsbeispiel sind mindestens zwei Kraftmesssensoren in der Vorrichtung umfasst, die gleich- oder verschiedenartig sein können und insbesondere in einer Brückenschaltung zur Auswertung der Stützlast verschaltet sein können. Durch Verschaltung der Sensoren in einer Brückenschaltung wird die Messgenauigkeit erheblich erhöht, sowie eine Redundanz bei Ausfall eines Sensors zur Erhöhung der Betriebssicherheit und der Langlebigkeit gewährleistet.
- Nach einem besonderen Ausführungsbeispiel sind ein oder mehrere Kraftmesssensoren, insbesondere mehrere Metallfolien-Dehnungsmessstreifen als Kraftmesssensoren mittels eines geeigneten Klebers oder mittels Dünnfilmtechnik oder durch thermisches Aufbringen oder Sputtern an anhängerlastig verformbare Teile der Anhängervorrichtung, insbesondere Kugelkopfträger, Anhängerhaken oder Deichselholm applizierbar, wobei die Kraftmesssensoren vom Sensorgehäuse gekapselt sind. Mit anderen Worten können insbesondere Metallfolien-Dehnungsmessstreifen unmittelbar durch Kleben oder durch Dünnfilmtechnik, beziehungsweise durch thermisches Aufdampfen oder Sputtern, unmittelbar auf verformbare Teile der Anhängervorrichtung zur Bestimmung der Stützlast, die sich direkt als eine Verformung des Teils der Anhängervorrichtung niederschlägt, appliziert werden, wobei die Sensoren in diesem Fall von einem Sensorgehäuse gekapselt sind, um sie vor Umwelteinflüssen zu schützen. Somit wird ein Teil der Anhängervorrichtung direkt als Messvorrichtung genutzt, um den Kraftfluss zwischen Anhängervorrichtung und Fahrzeug, beziehungsweise Anhängervorrichtung und Erdoberfläche, bestimmen zu können.
- Nach einem ausgezeichneten Ausführungsbeispiel kann der Kraftmesssensor zusätzlich oder mindestens ein zweiter Kraftmesssensor explizit eine weitere Kraftkomponente, insbesondere eine Torsionskraftkomponente oder eine Horizontalkraftkomponente, messen. Durch Verwendung eines zwei- oder mehrdimensionalen Kraftmesssensors oder der Verwendung von zwei oder mehreren Kraftmesssensoren, die Kräfte in verschiedenen Achsrichtungen aufnehmen können, können somit nicht nur die vertikal nach unten wirkende Stützlast sondern ebenfalls horizontal wirkende Kräfte, das heißt, Biegebeanspruchungen, beispielsweise bei einer Kurvenfahrt eines Zuggespanns oder Torsionskräfte, bei Verwindung der Anhängervorrichtung gemessen und angezeigt werden. Die Auswertung solcher Kraftkomponenten ist insbesondere im Betrieb, das heißt während einer Fahrt, wichtig, um Überlast in allen relevanten Beanspruchungsrichtungen der Anhängervorrichtung überwachen und daraufhin eventuell gegensteuern zu können.
- In einem besonderen Ausführungsbeispiel umfasst die Auswerteelektronikeinheit eine Verstärker- und Auswerteelektronik, die sowohl eine Verstärkung des elektrischen Sensorsignals vornimmt, als auch eine Auswertung bezüglich des Stützlastwertes, insbesondere zumindest eines oder mehrerer kritischer Stützlastbereiche, vornimmt. Somit kann in diesem Ausführungsbeispiel die Auswerteelektronikeinheit zum einen eine Verstärkung der Sensorsignale vornehmen, beispielsweise um diese an eine entfernt befindliche Kraftfahrzeugelektronikeinheit, beispielsweise Bremseinheit oder ESP-Einheit, weiterzuleiten, als auch zum anderen die Sensorsignale auswerten, um diese auf einer Anzeigeneinheit darstellbar zu machen und hinsichtlich der Überschreitung von kritischen Werten zu überwachen, beispielsweise beim Auftreten einer zu hohen oder einer zu geringen Stützlast ein Warnsignal auszugeben.
- Hieran anschließend ist es insbesondere vorteilhaft, dass die Auswerteelektronikeinheit und/oder die Anzeigeneinheit einen optischen und/oder akustischen Warngeber zur Ausgabe eines Warnsignals bei Überschreiten zumindest eines kritischen Stützlastwertes umfasst. Insbesondere im Betrieb eines Fahrzeugs, aber auch bei einem stehenden Anhänger bzw. Zuggespann im Falle eines Belade- oder Endladevorgangs kann bei Überschreiten bzw. Unterschreiten einer kritischen Stützlast, insbesondere einer zu hohen bzw. einer zu niedrigen Stützlast, optisch wie auch akustisch ein Warnsignal ausgegeben werden, um den Belade- bzw. Endladevorgang zu unterbrechen oder im Falle einer laufenden Fahrt die Geschwindigkeit zu verringern und einen sicheren Fahrzustand herbeizuführen.
- Nach einem besonderen Ausführungsbeispiel ist die Auswerteelektronikeinheit elektrisch mit zumindest einer ersten Anzeigeeinheit, insbesondere mit einer im Sensorgehäuse, im Cockpitbereich eines ziehenden Fahrzeugs oder im Laderaum eines gezogenen Anhängers angeordneten Anzeigeeinheit zur Anzeige des Stützlastwertes verbunden. Mit anderen Worten kann in diesem Ausführungsbeispiel die Auswerteelektronikeinheit elektrisch, das heißt mittels leitender Kabelverbindung mit einer ersten Anzeigeeinheit verbunden sein, die entweder unmittelbar im Sensorgehäuse integriert, als auch im Bereich des ziehenden Fahrzeugs, insbesondere im Cockpitbereich oder im Ladebereich des gezogenen Anhängers, beispielsweise in der Stirnwand eines Anhängers, angebracht sein, um im Ladeverfahren, oder bei laufender Fahrt permanent die Stützlast anzuzeigen oder beim Ankuppeln des Anhängers an das ziehende Fahrzeug die momentan wirkende Stützlast anzuzeigen.
- Zusätzlich aber auch alternativ hierzu ist es ebenfalls vorteilhaft, dass die Auswerteelektronikeinheit eine Luftschnittstelle umfasst, so dass sie drahtlos mit einer zweiten Anzeigeeinheit, insbesondere mit einer portablen Anzeigeeinheit, mittels Funk, insbesondere Bluetooth, WLAN, ISM-Funk, Infrarot, Ultraschall oder vergleichbaren Drahtlosverbindungen zur Anzeige des Stützlastwertes verbunden ist. Hierzu kann die Drahtlosschnittstelle insbesondere auf die Verwendung eines normierten Industrieprotokolls wie Bluetooth, dass bei Mobiltelefone oder portable Navigationssysteme häufig genutzt wird, WLAN, das über eine höhere Reichweite verfügt, oder einer sonstigen industriellen ISM-Funkkommunikation beruhen (ISM-Funk bedeutet ein Industrial, Scientific and Medical Band Funk, der von Hochfrequenzgeräten der Industrie, Wissenschaft oder Medizin im häuslichen oder ähnlichen Bereich benutzt wird und beispielsweise für Garagentoröffner vorgesehen sind, wobei Frequenzbereiche besonders im 433 MHz oder 2,4 GHz Band verwendet werden). Des Weiteren können auch nicht funkgebundene, sondern optisch oder akustisch übertragende Luftschnittstellen, wie Infrarot oder Ultraschall für die Informationsübermittlung zwischen Auswerteelektronikeinheit und einer portablen Anzeigeeinheit verwendet werden. Mittels einer portablen Anzeigeeinheit ist es insbesondere im Ladefall bequem möglich, im Rahmen eines Umladevorgangs innerhalb eines Anhängers dessen Gewicht so zu verteilen, dass ein kritischer Stützlastbereich aufgehoben werden kann, wobei die aktuelle Stützlast jederzeit mobil ablesbar ist. Zum anderen kann ohne Kabeleinwirkung beispielsweise eine Verbindung in den Cockpitbereich eines Fahrzeugs geschaffen werden, um im Fahrbetrieb laufend die Stützlast oder auch Torsions- oder andere Beanspruchungen der Anhängevorrichtung dem Fahrer sichtbar zu machen. Denkbar ist, dass hierzu besonders zugeschnittene Software in einem Mobiltelefon oder einem Navigationssystem, die über eine Bluetooth oder WLAN-Schnittstelle verfügen, genutzt wird, um die vom Sensor abgestrahlten Signale mobil sichtbar zu machen, so dass die mobile Anzeigeeinheit durch ein Mobiltelefon oder ein Navigationssystem durch Aufruf einer entsprechenden Software bereitgestellt wird.
- In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel kann die Anzeigeneinheit mit zumindest einer weiteren Messeinrichtung zur Bestimmung der Radlast an zumindest einem Rad eines Anhängers drahtlos oder drahtgebunden verbunden sein. Die Anzeigeneinheit kann in diesem Fall eine Radlast, insbesondere die Gesamtlast, bevorzugt grafisch mittels eines Lastverteilungsdiagramms anzeigen. So kann insbesondere eine portable Anzeigeneinheit mit einem Stützlastsensor und mit Radlastwaagen, die unter allen Rädern eines Anhängers platziert sind, mittels einer Funk- oder Kabelverbindung verbunden sein, um neben der Stützlast der Anhängerkupplung die Radlast der Räder anzuzeigen, wobei eine Summendarstellung die Gesamtlast des Anhängers als wichtiges Kriterium des zulässigen Ladezustands des Anhängers darstellt. Daneben kann eine grafische Darstellung der Lastverteilung auf die einzelnen Aufstützpunkte, d.h. der Radpositionen und der Anhängerauflage eine Information über die Ladungsverteilung innerhalb des Anhängers geben, so dass die zulässige Gesamtlast eingehalten und eine optimale Lastverteilung erreicht werden kann. Anstelle Radlastwaagen können innerhalb des Anhängers angeordnete Radlastmesseinrichtungen genutzt werden, auch können diese beispielsweise mittels einer Kabelverbindung mit dem Stützlastsensor verbunden sein.
- Nach einem besonderen Ausführungsbeispiel umfasst die Auswerteelektronikeinheit eine Schnittstelle zu einem Fahrzeug-Datenbus, insbesondere zu einem CAN-Bus (Controller Area Network - ein asynchrones, serielles Bussystem insbesondere für Fahrzeuge), um Stützlastmessdaten an eine Fahrzeugelektronik, insbesondere zur Beeinflussung eines Stabilitäts- oder Antriebskontrollsystems, wie ESP, ASR oder ähnliches weiterzugeben. Durch Übermittlung der Sensordaten der Stützlastmessungsvorrichtung können insbesondere die Stabilität und das sichere Fahrverhalten eines Fahrzeugs beeinflussende Fahrzeugelektronikkomponenten über die auftretenden Stützlastkräfte unterrichtet werden. Diese können im Rahmen einer kontrollierten Fahrzeugsteuerung diese Sensordaten berücksichtigen. Insbesondere ESP (Elektronisches Stabilitätsprogramm für Fahrzeuge auch Electronic Stability Control genannt) oder ASR (Antischlupfregelung) und weitere Fahrerassistenzsysteme können unter Berücksichtigung auftretender Stützlast- aber auch Torsions- oder horizontaler Schwingkräfte gezielt auf die Fahrzeugdynamik Einfluss nehmen, um ein sicheres Fahrverhalten eines Fahrzeuggespanns zu gewährleisten. Hierzu koppelt die Auswerteelektronikeinheit über eine Fahrzeugelektronik-Schnittstelle unmittelbar die Daten des Sensors in die Fahrzeugelektronik ein.
- Nach einem besonders ausgezeichneten Ausführungsbeispiel ist die Auswerteelektronikeinheit elektrisch und/oder drahtlos mit Bedienelementen zur steuernden Bedienung, insbesondere zur Umschaltung einer Anzeigendarstellung auf einer Anzeigeneinheit verbunden. Somit lassen sich insbesondere an einer Anzeigeneinheit Bedienelemente anordnen, mit denen beispielsweise verschiedene Auswertedarstellungen der Stützlast, wie beispielsweise Balkendiagramm, numerische, digitale oder analoge Anzeige der Stützlast oder anderer Sensordaten dargestellt werden können. Des Weiteren lässt sich damit beispielsweise eine Umschaltung zwischen verschiedenen Sprachen, verschiedenen Einheitensystemen für Gewicht oder Kraft und andere Einstellungen, wie Selbsttests, Kalibrierung oder Einstellung von Vorhaltewerten zur Korrektur von Hebelwegen z.B. am Stützrad vornehmen, so dass eine Interaktion zwischen Sensorvorrichtung und Benutzer nicht nur im Wege einer Anzeige, sondern auch im Wege einer Bedienung durch den Benutzer ermöglicht werden kann. Ein Vorhaltewert bestimmt einen Hebelweg nicht unmittelbar an der Kupplung sondern in einem gewissen Abstand und beschreibt den durch die Hebewirkung einer Anhängerlast erzwungenen Hebelweg. Für eine genaue Messung muss dieser Hebelweg und die entsprechende Verformung einstellbar bzw. kalibrierbar sein.
- Grundsätzlich kann die Stromversorgung für die Stützlastmessungsvorrichtung beliebig ausgeführt sein. In einem ausgezeichneten Ausführungsbeispiel ist die Stromversorgungseinheit ein Stecker-Kupplungsadapter zur Zwischenschaltung zwischen einer KFZ-Steckdose und einem Anhänger-Stecker, um elektrische Energie aus dem Fahrzeug und/oder dem Anhänger zu beziehen. In der Regel ist an jeder Anhängevorrichtung in der Nähe ein elektrischer Kupplungs- oder Buchsenanschluss, sowie am Anhänger ein Stecker zur Kontaktierung der Anhängerelektronik mit der Fahrzeugelektronik insbesondere zur Anzeige und Versorgung der rückwärtigen Beleuchtung des Anhängers, wie Bremslicht, Blinker oder Abschlusslicht vorhanden. Zur Versorgung der Stützlastmessungsvorrichtung mit elektrischer Energie ist es vorteilhaft, ein Zwischenadapterstück zwischen KFZ-Steckdose und Anhänger-Stecker vorzusehen, so dass bei angeschlossenem Anhänger an die KFZ-Steckdose des Fahrzeugs durch den Zwischenadapter Strom zum Betrieb der Stützlastmessungsvorrichtung abgezweigt werden kann. Somit braucht in der Stützlastmessungsvorrichtung keine interne Stromquelle vorgesehen werden.
- Alternativ und/oder auch zusätzlich hierzu kann es vorteilhaft sein, dass die Stromversorgungseinheit eine Gleichstromquelle, insbesondere eine Batterie oder Akku und/oder eine Solarzelle, umfasst. Mittels einer in der Stromversorgungseinheit umfassten Gleichstromquelle und und/oder einer Solarzelle kann unabhängig von dem Vorhandensein eines Fahrzeugs, insbesondere unabhängig von dessen elektrischen Versorgungssystems ein Betrieb der Stützlastmessungsvorrichtung gewährleistet werden. Insbesondere unter Verwendung der Kombination einer Solarzelle und eines Akkus können ohne zusätzliche Kosten und Wartung eine langlebige elektrische Versorgung der Stützlastmessungsvorrichtung gewährleistet werden, so dass sich Wartungsaufwand und Betriebskosten der Stützlastmessungsvorrichtung gering halten lassen.
- Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Ausrüstung einer bestehenden Anhängevorrichtung mit einer Stützlastmessungsvorrichtung nach einem der vorgenannten Ausführungsbeispiele, das die Schritte umfasst:
- unmittelbares Applizieren zumindest eines Kraftmesssensors an einer Anhängevorrichtung im Kraftweg zwischen Anhängevorrichtung und gegenstützendem Bezugsort, (insbesondere Erdoberfläche oder Abstützfläche am ziehenden Fahrzeug);
- elektrisches Verbinden des Kraftmesssensors mit einer Auswerteelektronikeinheit;
- Kapseln von Kraftmesssensor und Auswerteelektronikeinheit in einem Sensorgehäuse, das an der Anhängevorrichtung angeordnet ist.
- Mittels des erfindungsgemäßen Nachrüstverfahrens lassen sich bereits bestehende Anhängevorrichtungen nachrüsten, oder in Produktion befindliche Anhängevorrichtungen mit einer Stützlastmessungsvorrichtung ausstatten. Dabei sind nur geringe oder keine konstruktiven Änderungen der bereits bestehenden Anhängevorrichtung notwendig, lediglich die direkt messenden Kraftmesssensoren werden unmittelbar an kraftführende Teile der Anhängevorrichtung, die sich unter Stützlast verformen können, angeordnet, und ein wetterfestes Sensorgehäuse wird zur Kapselung von Kraftmesssensoren und der Auswerteelektronikeinheit an der Anhängevorrichtung angeordnet. Somit schlägt das erfindungsgemäße Nachrüstverfahren eine einfache und kostengünstige, sowie ohne besondere Hilfsmittel auszuführende Nachrüstung bereits bestehender Anhängevorrichtungen, sei es Zughaken, Kugelkopfanhängevorrichtungen, Deichsel-Klauenmaul-Anhängevorrichtungen oder sonstigen Anhängervorrichtungen mittels einer erfindungsgemäßen Stützlastmessungsvorrichtung vor.
- Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen, die verschiedene Ausführungsbeispiele darstellen, näher erläutert.
- Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind lediglich mögliche Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßig auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
- Es zeigen:
-
Fig. 1 : In schematischer dreidimensionaler Perspektive einen Anhängerkupplungsrahmen eines ziehenden Fahrzeugs; -
Fig. 2 : In Dreitafelprojektion ein erstes Ausführungsbeispiel einer Stützlastmessungsvorrichtung an einer Anhängerkupplung; -
Fig. 3 : Einen Schnitt A-A durchFig. 2c des ersten Ausführungsbeispiels; -
Fig. 4 : Schematisch eine Ansicht einer portablen Anzeigeeinheit; -
Fig. 5 : Einen Deichselrahmen, mit einer Stützlastmessungsvorrichtung eines zweiten Ausführungsbeispiels; -
Fig. 6 : Ein Schnitt B-B derFig. 5 durch die Stützlastmessungsvorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels; -
Fig. 7 : Ein drittes Ausführungsbeispiel einer Stützlastmessungsvorrichtung für eine Kugelkopf-Anhängerkupplung; -
Fig. 8 : Schematisch ein Zuggespann mit einem Ausführungsbeispiel einer Stützlastmessungsvorrichtung mit einer portablen Anzeigeeinheit. -
Fig. 9 : Ein drittes Ausführungsbeispiel einer Stützlastmessungsvorrichtung für ein Stützrad eines Anhängers; -
Fig. 10 : Ein viertes Ausführungsbeispiel einer Stützlastmessungsvorrichtung mit Radlastwaagen zur Bestimmung der Gesamtlast eines Anhängers; -
Fig. 11 : Eine Radlastwaage mit Überfahrbrücke zur Verwendung in dem vierten Ausführungsbeispiel. - In
Fig. 1 ist in einer dreidimensionalen perspektivischen Darstellung ein Kupplungsrahmen 04 eines Fahrzeugs, der sich zumeist hinter einer Stoßfängerabdeckung versteckt, mit einer Anhängerkupplung 03, die einen Kugelkopf 21 umfasst, dargestellt. Beim Ziehen von Anhängern mit einem Zughaken mit Kugelkopf 21 muss aus Gründen der Sicherheit die von der Anhängerkupplung 03 auf den Kupplungsrahmen 04 übertragene Stützlast innerhalb eines vorgeschriebenen Bereichs liegen. Bei unterschrittener Stützlast ist die Gefahr des Pendelns des Zugfahrzeugs erheblich größer, da ein gezogenes Fahrzeug in diesem Fall hecklastig belastet ist. Da die Hinterachse des Zugfahrzeugs dadurch entlastet wird, und somit die Bodenhaftung der Hinterreifen des Zugfahrzeugs herabgesetzt werden kann, besteht ein erhöhtes Unfallrisiko. Wird die Stützlast hingegen überschritten, kann die Anhängerkupplung 03 überlastet oder der Kupplungsrahmen 04 verbogen werden beziehungsweise brechen. Des Weiteren wird in diesem Fall auch die Vorderachse des Zugfahrzeugs unzulässig entlastet, wodurch das Zugfahrzeug bei Kurvenfahrten auf der Vorderachse ausbrechen kann. Aus diesen Gründen muss die Stützlast vor Fahrbeginn und vorteilhafterweise auch während des Fahrbetriebs überprüft werden. Des Weiteren ist es vorteilhaft möglich, dass das Fahrverhalten des Zugfahrzeugs beziehungsweise das Nachziehverhalten des Anhängers durch Aufnahme von Stütz- und Torsionskräften und weiteren Kräften am Zughaken oder der Anhängerdeichsel ermittelt, ausgewertet und beispielsweise zur Regulierung des Fahr- und Bremsverhaltens des Zugfahrzeugs und des Anhängers verwendet werden kann. - So ist in
Fig. 2 in einer Dreitafelprojektion eine Seitenansicht (Fig. 2a ) eine Vorderansicht (Fig. 2b ) und eine Draufsicht (Fig. 2c ) einer abnehmbaren Anhängerkupplung 03 mit daran angebrachter Stützlastmessungsvorrichtung 01 dargestellt. Hierzu ist die Anhängerkupplung 03 abnehmbar an einem Kupplungsrahmen 04 abnehmbar befestigbar, und umfasst sowohl einen Kugelkopf 21, als auch zur abnehmbaren Arretierung an dem Kupplungsrahmen 04 ein Arretierungselement 17. Der Stützlastsensor 01 ist in einem wetterfesten und schlaggeschützten Sensorgehäuse 01 angeordnet, wobei dieses Gehäuse, wie inFig. 2c dargestellt, des Weiteren eine gehäuseseitige Anzeigeeinheit 11 umfasst. Aus dem Gehäuse 09 heraus kann ein Versorgungskabel (nicht dargestellt) durch eine Kabelverschraubung 25 geführt werden, um beispielsweise elektrische Energie zum Betrieb der Sensorvorrichtung 03 aus dem Stecker-Kupplungsanschluss zwischen Fahrzeugsteckdose und Anhängerkupplungsstecker zu beziehen. Des Weiteren kann durch die Kabeldurchführung 25 auch ein elektrisches Signal- und Informationskabel geführt werden, dass mittels eines geeigneten Steckanschlusses Daten über die momentane Stützlast sowie beispielsweise Torsion sowie horizontale Ablenkkräfte in die Fahrzeugelektronik des Zugfahrzeugs und/oder in die Bordelektronik des Anhängers, insbesondere zur Beeinflussung des Brems- und Antriebsverhaltens des Zuggespannes, weitergeben kann. -
Fig. 3 stellt einen Schnitt A-A durch die Perspektive derFig. 2c dar, und stellt das Innere des ersten Ausführungsbeispiels einer Stützlastmessungsvorrichtung 01 dar. Die Stützlastmessungsvorrichtung 01 umfasst eine Auswerteelektronikeinheit 07, an der mittels eines oder mehrerer Sensorverbindungskabel 27, in diesem Fall vier Dehnungsmessstreifen, als Kraftmesssensoren 05 angeschlossen sind. Die Messdaten der Kraftmesssensoren 05, die jeweils im oberen und unteren sowie seitlichen Bereich der Anhängerkupplung 03 angeordnet sind, werden mittels des Sensorverbindungskabels 27 an die Auswerteelektronikeinheit 07 übermittelt. Die Auswerteelektronikeinheit 07 nimmt eine Verstärkung der Sensorsignale vor und wertet diese aus, um sie auf einer gehäuseseitigen Anzeigeeinheit 1 1 , wie inFig. 2c dargestellt, darzustellen und mittels einer Luftschnittstellenverbindung über ein Funksignal 19 an eine nicht dargestellte portable Anzeigeeinheit 13 zu übermitteln. Diese portable Anzeigeeinheit 13 kann sowohl in Händen eines Benutzers herumgetragen werden und beispielsweise durch Verwendung von Bluetooth oder WLAN oder ähnlichen standardisierten Datenübertragungsprotokollen, beispielsweise an ein Navigationssystem, das bluetoothfähig ist oder ein Mobiltelefon, das WLAN-fähig ist, übermittelt werden, die mittels geeigneter Software eine Darstellung der Messdaten der Stützlastmessungsvorrichtung 01 dem Nutzer mobil mitteilen kann. Zum anderem kann innerhalb des Fahrzeugs und/oder innerhalb des Anhängers eine Anzeigeeinheit fest montiert werden, beziehungsweise eine Fahrzeugelektronik oder Anhängerelektronik mit Luftschnittstelle die Sensordaten aufnehmen, um sie zu einer im Fahrzeug oder Anhänger angeordneten Anzeigeeinheit zur Anzeige zu bringen, oder zur Beeinflussung des Brems- und Antriebsverhaltens in die Bordelektronik einzuspeisen. -
Fig. 4 stellt schematisch eine Draufsicht auf eine portable Anzeigeeinheit 13 dar, die sowohl ein Display umfasst, das die aktuelle Stützlast anzeigt, als auch zwei Bedienungselemente 15 umfasst, um mittels der Bedienungselemente 15 eine Kalibrierung der Stützlastmessungsvorrichtung 01 vorzunehmen, oder eine Umschaltung der Anzeigendarstellung, beispielsweise in verschiedenen Sprachen oder verschiedenen Gewichtseinheiten, sowie verschiedenen Darstellungsmöglichkeiten zu bewirken. -
Fig. 5 stellt sowohl eine Draufsicht als auch einen Schnitt A-A durch einen Deichselrahmen 35 einer Anhängerdeichsel dar, die eine Kugelpfanne 31 sowie einen Bremsenhebel 33 und einen nicht näher spezifizierten Arretierhebel zur Ablösung der Kugelpfanne 31 von einem Kugelkopf 21 umfasst. Die Kugelpfanne 31 ist mittels zweier Deichselholme 36 an einem Querschenkel des Deichselrahmens 35 angeschlossen. Zumindest an einem der beiden Deichselholme 36 ist eine zweites Ausführungsbeispiel einer Stützlastmesssensorvorrichtung 37 angeordnet, um die über den Deichselholm 36 übertragenen Stützlast- und Torsionskräfte messen zu können. Dabei ist die Stützlastmessungsvorrichtung 37 so angeordnet, dass sie in Richtung des Inneren des durch die beiden Deichselholme und den Querholm gebildeten Dreiecks gerichtet ist, um vor Witterungs- und Fahrteinflüssen geschützt zu sein. - In
Fig. 6 ist ein Querschnitt B-B, der inFig. 5a eingezeichnet ist, durch das zweite Ausführungsbeispiel einer Stützlastmessungsvorrichtung 37 dargestellt. Die Stützlastmessungsvorrichtung 37 umfasst zum einen ein Sensorgehäuse 41, das die Auswerteelektronikeinheit sowie weitere Bestandteile der Stützlastmessungsvorrichtung 37 wetterfest kapselt, wobei in dem Sensorgehäuse 41 eine Auswerteelektronikeinheit 43 umfasst ist, und eine gehäuseseitige Anzeigeeinheit 47 sowie eine Kabelverschraubung 45 nach außen offen gelegt sind. Die Auswerteelektronikeinheit 43 ist mittels zweier Sensorverbindungsleitungen 49 an zwei Kraftmesssensoren 39 angeschlossen, die auf der inneren Ober- und Unterseite des Deichselholms 36 angeordnet sind. Durch die Anordnung an der oberen und unteren Innenseite des Deichselholms 36 nehmen die Kraftmesssensoren 39 insbesondere Durchbiegungen nach unten oder oben wahr, um die Stützlast mittels vertikaler Verformung des Deichselholms 36 detektieren zu können. - Des weiteren zeigt
Fig. 7 in einer Seitendarstellung und einer Schnittsdarstellung A-A ein drittes Ausführungsbeispiel einer Stützlastmessungsvorrichtung 51, die nicht fest an einer an Anhängevorrichtung angeordnet ist, sondern transportabel abnehmbar zur Messung der Auflagekräfte einer Anhängerkupplung mit Kugelpfanne 31 dient. Hierzu muss allerdings keine Anhängerkupplung vorhanden sein, da die Stützlastmessungsvorrichtung 51 die Aufgabe der Anhängerkupplung übernimmt und sich dabei auf dem Boden abstützt. Sie dient dazu, vor Anhängen des zu ziehenden Anhängers an eine Anhängerkupplung bereits im Vorfeld bei freistehenden Anhänger die Stützlast zu messen und eignet sich dazu, bei beladenen Anhängern ohne Gefahr einer Beschädigung einer Anhängerkupplung bereits festzustellen, ob die zulässige Stützlast der Anhängerkupplung eingehalten wird. Hierzu umfasst die Stützlastmessungsvorrichtung 51 einen Kugelkopf 59 sowie ein Standrohr 53, das den Kugelkopf 59 mit einem Standfuß 55 verbindet, der auf einer Straßenoberfläche aufgesetzt wird. An einer oberen Verbindungsstelle zwischen Kugelkopf 59 und Standrohr 53 ist ein Kraftmesssensor 57 dargestellt, der als Kraftmesszelle ausgelegt ist, und der mittels nicht dargestellter Verbindungsleitungen mit einer Auswerteelektronikeinheit 63, die sich im Inneren eines wetterfesten Sensorgehäuses 61 der Stützlastmessungsvorrichtung 51 befindet, verbunden ist. Im Gehäuse 61 ist des Weiteren eine gehäuseseitige Anzeigeeinheit 65 sowie wiederum eine Kabelverschraubung 69 angeordnet, durch die sowohl eine Energiezufuhr, als auch der Abgriff von Daten mittels eines Datenverbindungskabels durchgeführt werden kann. Am Gehäuse 61 sind des Weiteren zwei Bedienelemente 67 vorgesehen, um das Verhalten der Anzeigeeinheit 65 der Stützlastmessungsvorrichtung 51 einzustellen. Die transportabel anbringbare Stützlastmessungsvorrichtung 51 kann dazu dienen, einen Anhänger vor dem Ankoppeln an ein Zugfahrzeug auf die Einhaltung einer vorgeschriebenen Stützlast zu überprüfen, und im Bedarfsfall ein Umladen des Anhängers zu bewirken. Dies hat den Vorteil, das nicht erst im angekoppelten Zustand im Fall einer zu hohen Beladung Schäden an einer Anhängerkupplung eines Zugfahrzeugs auftreten müssen, sondern bereits vor dem Ankoppeln eine Messung der Stützlast ohne angekoppeltes Fahrzeug vorgenommen werden kann. - Des weiteren zeigt
Fig. 8 schematisch ein Zuggespann umfassend ein ziehendes Fahrzeug 71 und einen Anhänger 73, zwischen denen an einer Anhängerkupplung 03 eine Stützlastmessungsvorrichtung 75 angeordnet ist. Die Stützlastmessungsvorrichtung 75 ist mittels einer Funkluftschnittstelle 19 mit einer portablen Anzeigeeinheit 77 verbunden, die der Benutzer in der Hand hält, um während des Beladungsvorgangs sofort zu erkennen, ob eine kritische Stützlast überschritten oder die Stützlast sich noch in einem akzeptablen Bereich bewegt, in dem gefahrlos das Zuggespann 71, 73 bewegt werden kann. - Daneben zeigt
Fig. 9 in einer Seitenansicht (Fig. 9a ) und einer Schnittdarstellung A-A (Fig. 9b ) durch die Seitenansicht derFig. 9a ein viertes Ausführungsbeispiel 78 einer erfindungsgemäßen Stützlastmessungsvorrichtung. In dieser Stützlastmessungsvorrichtung 79 ist ein Kraftmesssensor 87 im Kraftfluss eines Stützrades 83 einer Anhängerdeichsel eines zu ziehenden Anhängers (nicht dargestellt) angeordnet. Die Stützradanordnung umfasst ein Stützrad 83, dass über ein längenveränderliches Standrohr 81 mit einer Stützradkurbel 85 verbunden ist. Durch Drehen der Stützradkurbel 85 kann mittels einer Gewindespindel 97 das Stützrad 83 angehoben oder abgesenkt werden. Das Stützrad 83 dient dem Abstützen einer Anhängerdeichsel, falls der Anhänger nicht mit einem Zugfahrzeug verbunden ist. Im abgestützten Zustand, d.h. einem freistehenden Anhänger kann durch Messung der Stützkraft, die über die Stützradanordnung auf den Boden abgeleitet wird, die Stützlast vor einem Ankuppeln eines Zugfahrzeugs bestimmt werden. Hierzu sind ein oder auch mehrere Kraftmesssensoren 85 in einem Kraftflussweg zwischen innerem und äußerem Standrohr 81 angeordnet, insbesondere im Kopfbereich der Stützradanordnung. Der Kraftmesssensor 87 ist mit einer in einem wetterfesten Sensorgehäuse 93 gekapselten Auswerteelektronikeinheit 89 verbunden. Diese bestimmt aus den Sensormessdaten die auftretende Stützlast, die auf einer gehäuseseitigen Anzeigeeinheit 91 dargestellt wird. Eine auf der Außenfläche des Sensorgehäuses 93 angeordnete Folientastatur dient als Bedienelement 91, um die Stützlastmessungsvorrichtung 79 ein- und auszuschalten, eine Kalibrierung durchzuführen und weitere Einstellungen vorzunehmen. Mittels einer Warnlampe kann ein Überlastzustand optisch angezeigt werden. - Des weiteren zeigt
Fig. 10 ein Ausführungsbeispiel einer Stützlastvorrichtung 51 in Form eines Standrohrs, der eine Kugelpfanne 31 eines Anhängers 99 abstützt. InFig. 10a ist ein Anhänger 99 dargestellt, der einen Kupplungsrahmen 04 umfasst, an dem die Kugelpfanne 31 nebst Bremsenhebel 33 der Anhängerkupplung angeordnet ist, sowie zwei Räder 101 aufweist. Die Stützlastmessvorrichtung 51 umfasst neben einer gehäuseseitigen Anzeigeneinheit eine portable Anzeigeneinheit 105, die mittels einer Funkstrecke 107 Stützlastmessdaten empfängt und auf einem Display darstellt. Durch Umschalten der Anzeige der portablen Anzeigeneinheit 105 mittels eines Bedienelements können neben der Stützlast auch Messdaten eines oder mehrerer Radlastwaagen 103, die unter einem oder allen Rädern des Anhängers 99 angeordnet sind, angezeigt werden. Hierzu sind die jeweiligen Auswerteelektronikeinheiten der Radlastwaagen 103 ebenfalls über eine oder mehrere Funkstrecken 107 mit der portablen Anzeigeneinheit 105 verbunden. Dabei ist auch eine Verbindung von Radlastwaagen 103 und Stützlastmessvorrichtung 51 mit einer Kabelverbindung denkbar, so dass lediglich eine Funkstrecke 107 erforderlich ist. In einem ausgezeichneten Anzeigemodus kann auf der Anzeige der portablen Anzeigeneinheit 105 die Gesamtlast des Anhängers 99 als Summe aller Radlasten, die mittels der Radlastwaagen 103 an allen Rädern 101 gemessen werden, und der Deichselstützlast, die mittels der Stützlastmessungsvorrichtung 51 bestimmt wird, in einer Gesamtlastanzeige 109 dargestellt werden. Hierbei kann ebenfalls mittels einer grafischen oder numerischen Darstellung die Verteilung der Gesamtlast auf die Auflagepunkte, d.h. auf die einzelnen Räder und die Anhängerkupplung dargestellt werden, wobei ein solches Lastverteilungsdiagramm 111 vor Fahrtantritt eine Aussage auf das Einhalten einer maximal zulässigen Gesamtlast sowie auf die Verteilung der Last gibt, so dass beispielsweise durch optimierte Lastverteilung die zulässige Stützlast jedes Auflagepunktes eingehalten und eine optimale Beladung des Anhängers erreicht werden kann.Fig. 10b stellt hierzu ein einzelnes Rad 101 mit untergelegter Radlastwaage 103 dar, wobei die Radlastwaage 103 die Daten der Radlast über eine Funkstrecke 107 zu einer portablen Anzeigeneinheit 105 senden kann. Daneben ist auch denkbar, dass anstelle von Radlastwaagen 103 die Radlast durch im Anhänger 99 integrierte Radlastmesseinrichtungen, beispielsweise Dehnungsmessstreifen an den Radaufhängungen und einer oder mehrerer Auswerteelektronikeinheiten erfasst und an die Stützlastmessvorrichtung drahtlos oder drahtgebunden übermittelt werden kann. - Schließlich stellt
Fig. 11 ein Ausführungsbeispiel einer Radlastwaage 103 dar, wie sie im vorgenannten Ausführungsbeispiel verwendbar ist. Die Radlastwaage 103 umfasst ein Oberflächengehäuse als Überfahrbrücke 115, auf die ein Rad eines Anhängers oder eines Fahrzeugs auf- und abfahren kann. Die Waagenfläche 113 kann aufgeraut oder geriffelt sein, um die Griffigkeit zwischen Rad und Waage 103 zu verbessern. Die Radlastwaage 103 umfasst eine Radlastauswerte- und Anzeigeneinheit 117, die einen Drucksensor sowie eine Auswerteelektronik nebst Anzeigeeinheit 127 und Bedienelement 121 umfassen kann. Die Radlastwaage 103 kann ein Volumen inkompressibler Hydraulikflüssigkeit oder ein kompressibles Gasvolumen umfassen, wobei ein an einer Hydraulik- 125 oder Gasmembran angeordneter Druckmesssensor einen auftretenden Radlastdruck auf die Waagenfläche 113 indirekt durch Druckmessung der Hydraulikflüssigkeit oder des Gasvolumens messen, mittels Auswerteelektronik auswerten und durch die Anzeigeeinheit 127 anzeigen kann. Das oder die Bedienelemente 121 und die Anzeigeneinheit 127 ermöglichen eine lokale Anzeige und eine Umschaltung sowie Kalibrierung der Radlastwaage 103. Die Radlast kann mittels einer Funkstrecke 107 oder kabelgebunden mittels einer Messverbindungsleitung 121 an eine portable Anzeigeneinheit 105 übermittelt werden, so dass zusammen mit der Stützlastmessungsvorrichtung eine Gesamtmessung der Anhängerlast möglich ist, wobei eine ungleichmässige Lastverteilung erkannt und behoben werden kann. Durch ein Zusammenwirken der Messergebnisse einer Stützlastmessungsvorrichtung und einer oder mehrerer Radlastwaagen kann neben einer Lastverteilung das Gesamtgewicht des Anhängers bestimmt und via Funk oder drahtgebunden an eine Anzeigeeinheit übermittelt werden. Hierzu können die einzelnen Radlastwaagen zunächst die Messergebnisse an die Stützlastmessvorrichtung oder direkt an die Anzeigeneinheit übermitteln, wobei die Messergebnisse der Radlastwaagen und der Stützlastmessvorrichtung zur Ermittlung des Gesamtgewichts addiert werden kann. Somit ist die Gesamtgewichtsmessung z.B. eines Wohnmobils oder Wohnwagens möglich. - Eine Anhängevorrichtung kann beispielsweise mit zwei Dehnungsmessstreifen als Brückenschaltung, einer auf der Oberseite und einer auf der Unterseite und/oder auf den linken und rechten Seiteflächen der Anhängervorrichtung zur Messung von Biegung und/oder Torsion appliziert werden. Im Falle einer Biegungsmessung können Dehnungsmessstreifen auf Ober- und Unterseite, bei Torsionsmessung auf den Seitenflächen appliziert werden. Hierbei sind Dehnungsmessstreifen mit Fischgrätenstruktur insbesondere für die Torsionsbestimmung zu bevorzugen, die sowohl longitudinale als auch transversale Längenänderungen bestimmen können. Insbesondere die Anordnung von vier Dehnungsmessstreifen auf Ober-, Unterseite sowie den beiden Seitenflächen ermöglicht eine kombinierte Torsions- und Durchbiegungsmessung. Da der Dehnungsmessstreifen direkt am Zughaken, deren Aufhängung (Montagerahmen) oder auch an der Zugdeichsel eines Anhängers appliziert wird, wird aus dem Zughaken (oder Montagerahmen) oder der Zugdeichsel des Anhängers ein Sensor, der die Verformung durch die Stützlast und/oder die Torsionskraft aufnimmt. Die dadurch entstehenden Verformungen werden in einer an den Dehnungsmessstreifen angeschlossene Elektronik erfasst und verstärkt. Die verstärkten Signale werden dann auf ein Cockpit übertragen und ablesbar angezeigt. Die Übertragung kann entweder über ein Kabel bis ins Cockpit oder an die Fahrzeugelektronik (ESP) übertragen werden oder die Übertragung kann per Funk an ein Display übermittelt werden, das man in Händen halten und beim Beladen jederzeit ablesen kann. Die Elektronik kann in einem Gehäuse direkt am Zughaken oder an der Zugdeichsel sowohl als auch im Fahrzeug angebracht, beziehungsweise eingebaut werden. Das Fahr- beziehungsweise Bremsverhalten des Anhängers und des Zugfahrzeugs kann mittels der aufgenommenen Messwerte aus dem Sensor des Zughakens oder der Anhängerdeichsel durch Auswertung und Korrektur (mittels Software) der ESP oder anderen Steuerungen geregelt beziehungsweise verbessert werden.
- Durch die Messung direkt am Zughaken oder der Zugdeichsel wird eine genaue Messung erreicht, die elektronisch angezeigt beziehungsweise ausgewertet werden kann.
Claims (15)
- Stützlastmessungsvorrichtung (01, 37, 51, 75, 79) für eine ein Fahrzeug (71) und einen Anhänger (73, 99) verbindbare Anhängevorrichtung (03, 29) umfassend- mindestens einen Kraftmesssensor (05, 39, 57, 87), der im Kraftweg zwischen der Anhängevorrichtung und einem gegenstützenden Bezugsort zur Messung zumindest der über die Anhängevorrichtung übertragene Stützlast angeordnet ist;- eine Auswerteelektronikeinheit (07, 43, 63, 89) in elektrischem Kontakt zu dem Kraftmesssensor (05, 39, 57, 87) zur Auswertung eines Stützlastmesswerts;- mindestens eine Anzeigeeinheit (11, 13, 47, 65, 77, 95, 105) zur Anzeige der Stützlast;- eine Stromversorgungseinheit zur Versorgung der Auswerteelektronikeinheit (07, 43, 63, 89) mit elektrischer Energie;- ein wetterfest ausgeführtes Sensorgehäuse (09, 41, 61, 93), dass zumindest den Kraftmesssensor (05, 39, 57, 87), die Auswerteelektronikeinheit (07, 43, 63, 89) und die Stromversorgungseinheit umfasst.
- Vorrichtung (01, 37, 51, 75, 79) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kraftmesssensor (05, 39, 57, 87) eine piozoresistive Messzelle, eine kapazitive Messzelle, eine induktive Messzelle oder einen Dehnungsmessstreifen umfasst. - Vorrichtung (01, 37, 51, 75, 79) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Dehnungsmessstreifen ein Folien-, ein Dickschicht-, ein MetallDünnschicht-, ein Halbleiter-Dünnschicht-Dehnungsmessstreifen oder ein Halbleiter-Diffusionswiderstand ist . - Vorrichtung (01, 37, 51, 75, 79) nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens zwei Kraftmesssensoren (05, 39, 57, 87) umfasst sind, die gleich- oder verschiedenartig sein können und insbesondere in einer Brückenschaltung zur Auswertung der Stützlast verschaltet sind. - Vorrichtung (01, 37, 51, 75, 79) nach einem der vorangegangenen Ansprüche 2 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass einer oder mehrere Kraftmesssensoren (05, 39, 57, 87), insbesondere mehrere Metallfolien-Dehnungsmessstreifen als Kraftmesssensoren (05, 39, 57, 87), mittels eines geeigneten Klebers oder mittels Dünnfilmtechnik durch thermisches Aufdampfen oder Sputtern an anhängerlastig verformbare Teile der Anhängevorrichtung, insbesondere Kugelkopfträger (03), Anhängerhaken, oder Deichselholm (36) applizierbar sind, wobei die Kraftmesssensoren (05, 39, 57, 87) vom Sensorgehäuse (09, 41, 61, 93) gekapselt sind. - Vorrichtung (01, 37, 51, 75, 79) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kraftmesssensor (05, 39, 57, 87) zusätzlich, oder mindestens ein weiterer Kraftmesssensor (05, 39, 57, 87) explizit eine zusätzliche Kraftkomponente, insbesondere eine Torsionskraftkomponente messen kann. - Vorrichtung (01, 37, 51, 75, 79) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Auswerteelektronikeinheit (07, 43, 63, 89) eine Verstärker- und Auswerteelektronik umfasst, die sowohl eine Verstärkung des elektrischen Sensorsignals vornimmt, als auch eine Auswertung bezüglich des Stützlastwertes, insbesondere zumindest eines oder mehrer kritischer Stützlastbereiche vornimmt. - Vorrichtung (01, 37, 51, 75, 79) nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Auswerteelektronikeinheit (07, 43, 63, 89) und/oder die Anzeigeeinheit (11, 13, 47, 65, 77, 95, 105) einen optischen und/oder akustischen Warngeber zur Ausgabe eines Warnsignals bei Überschreiten zumindest eines kritischen Stützlastwertes umfasst. - Vorrichtung (01, 37, 51, 75, 79) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Auswerteelektronikeinheit (07, 43, 63, 89) elektrisch mit zumindest einer ersten Anzeigeeinheit (11, 47, 65, 95), insbesondere mit einer im Sensorgehäuse, (09, 41, 61, 93) im Cockpitbereich eines ziehenden Fahrzeugs (71) oder im Ladebereich eines gezogenen Anhängers (73, 99) angeordneten Anzeigeeinheit (11, 47, 65, 95) zur Anzeige eines Stützlastwerts verbunden ist. - Vorrichtung (01, 37, 51, 75, 79) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Auswerteelektronikeinheit (07, 43, 63, 89) eine Luftschnittstelle, insbesondere Funkstrecke (107) umfasst, so dass sie insbesondere drahtlos mit einer zweiten Anzeigeeinheit (11, 13, 47, 65, 77, 105), insbesondere mit einer portablen Anzeigeeinheit (13, 77, 105) mittels Funk (13), insbesondere Bluetooth, WLAN, ISM-Funk, Infrarot oder vergleichbaren Drahtlosverbindungen zur Anzeige des Stützlastwerts verbunden ist. - Vorrichtung (01, 37, 51, 75, 79) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Anzeigeneinheit (11, 13, 47, 65, 77, 95, 105) mit zumindest einer weiteren Messeinrichtung (103) zur Bestimmung der Radlast an zumindest einem Rad (101) eines Anhängers (73, 99) drahtlos oder drahtgebunden verbunden ist, um eine Anzeige einer Radlast, insbesondere eine Anzeige einer Gesamtlast (109), bevorzugterweise zur grafischen Anzeige eines Lastverteilungsdiagramms (111) darstellbar zu machen. - Vorrichtung (01, 37, 51, 75, 79) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Auswerteelektronikeinheit (07, 43, 63, 89) eine Schnittstelle zu einem Fahrzeug-Datenbus, insbesondere CAN-Bus umfasst, um Stützlastmessdaten an die Fahrzeugelektronik insbesondere zur Beeinflussung eines Stabilitäts- oder Antriebskontrollsystems wie ESP, ASR oder ähnliches weiterzugeben. - Vorrichtung (01, 37, 51, 75, 79) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Auswerteelektronikeinheit (07, 43, 63, 89) elektrisch leitend und/oder drahtlos mit Bedienelementen (15, 67, 91) zur steuernden Bedienung, insbesondere zur Umschaltung einer Anzeigendarstellung auf einer Anzeigeneinheit (11, 13, 47, 65)) verbunden ist. - Vorrichtung (01, 37, 51, 75, 79) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Stromversorgungseinheit einen Stecker-Kupplungsadapter zur Zwischenschaltung zwischen einer KFZ-Steckdose und einem Anhänger-Stecker umfasst, um elektrische Energie aus dem Fahrzeug (71) oder dem Anhänger (73, 99) zu beziehen und/oder die Stromversorgungseinheit eine Gleichstromquelle, insbesondere Batterie oder Akku und/oder eine Solarzelle umfasst. - Verfahren zur Nachrüstung einer Anhängevorrichtung mit einer Stützlastmessungsvorrichtung (01, 37, 51, 75, 95) nach einem der vorangegangenen Vorrichtungsansprüche,
umfassend die Schritte:- unmittelbares Applizieren zumindest eines Kraftmesssensors (05, 39, 57, 87) an einer Anhängevorrichtung im Kraftweg zwischen Anhängevorrichtung und gegenstützendem Bezugsort;- elektrisches Verbinden des Kraftmesssensors (05, 39, 57, 87) mit einer Auswerteelektronikeinheit (07, 43, 63, 89);- Kapseln von Kraftmesssensor (05, 39, 57, 87) und Auswerteelektronikeinheit (07, 43, 63, 89) in einem Sensorgehäuse (09, 41, 61, 93), das an der Anhängevorrichtung angeordnet ist.
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